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2015년 06월 08일 (월) 15:44
나비 날개의 휘황찬란한 색을 광학전자에

영국 사우스샘턴대(University of Southsampton)의 파커(Greg Parker) 교수는 열대 지방에 서식하는 나비 날개(butterflies' wings)의 광학상(optical) 지능을 연구하고 모방하여 새로운 물질을 만들고 있는데, 이미 여러 개의 특허를 출원중인 인물이다. 

 

파커 교수는 "나는 생체모방학 연구의 중요성을 아무리 강조해도 지나치지 않는다고 생각한다. 자연은 수백만년 동안 스스로 진화해왔다. 그래서 만약 우리가 자연에서 우리가 필요로 하는 것을 충분히 얻을 수 있다면, 그 것은 우리 인간에게는 불가능한 가장 최적화된 시스템들일 것"이라고 말했다. 
  

이 분야의 가능성은 무궁무진하다. 파커 교수의 주요 연구 분야는 바로 광학전자학(photonics)인데, 이는 전자학(electronics)과 같지만, 정보 매체(information carriers)로 전자(electrons)를 이용하는 것이 아니라 광자(photons)를 이용하는 학문이다. 


그림에서 보듯이 넘 휘황찬란하게 빛나고 있는 푸른색의 나비의 날개들(the dazzling blue of a butterfly's wing)에서 얻은 영감은 대단한 것으로, 파커  교수는 이들 나비들이 만들고 있는 푸른색의 나노구조(nanostructures)와 물리 메커니즘(physical mechanisms)을 밝혀내어, 이를 다시 실리콘에서 재생산 하고자 하는 것이다. 



                 기존 것 보다 1만 배나 작은 광학전자 크리스털. 출처: Mesophotonics.com


이들 나비가 만드는 푸른색의 나노구조는 바로 광학전자 크리스털(photonic crystals)을 만드는 주요 열쇠이다. 이를 활용하면 광학전자학(optoelectronics)이나 기타 통신 분야에 널리 활용할 수 있다. 

파커 교수는 "나비 연구는 이미 상당히 진척되어 우리가 분사시킨 메조광학전자(Mesophotonics)를 통해 다양한 어플리케이션을 개발하여 이미 특허 출원 중이다"며, "이 나비의 나노구조는 전통적인 2차원 광학전자 크리스털(conventional 2-D photonic crystals)보다 훨씬 고품질의 기능을 더한 2차원의 광학상 디바이스(planar optical devices)들을 만들 수 있음을 보여주고 있다"고 말했다. 


광학전자 크리스털(photonic crystal) :

빛을 가두는 결정체. 빛의 굴절률이 주기적으로 변화하는 나노 구조체이며, 내부에 투사(投射)한 빛을 나노 구조를 통해 제어할 수 있다. 그래서 이걸 응용하면 빛을 매체로 삼는 양자 컴퓨터를 만들 수 있다. 

천연물 중에는 오팔, 등푸른 생선 비늘, 파란 나비의 날개 비늘 등이 포토닉 결정에 해당한다. 이 기술을 이용하면 모든 각도에서 3D 화면 시청이 가능해지는 TV도 만들 수 있다.


이 같은 광학전자 크리스털은 빛을 손실 없이 제어할 수 있어, 미세화 레이저, 광도파로, 필터, 분할기, 혼합기 등의 광집적회로에 활용될 수 있고, 빛의 속도나 방향을 제어 할 수 있어, 빛, 온도, 압력, pH, 전기, 유전율 등의 외부자극에 민감하게 반응하므로 다양한 센서로의 응용이 기대된다.  


20세기 전자문명이 마이크로 전자공학으로 꽃을 피운 것처럼 21세기는 나노 융합기술에 의한 빛(photon)의 문명이 꽃을 피울 것으로 기대된다. 21세기에는 빛을 잘 제어하고 활용할 수 있는 기술을 가진 자가 이길 것이다.

 


 
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Snowy님 2015.08.06
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